Mechanical fatigue of biodegradable polymers: A study on polylactic acid (PLA), polybutylene succinate (PBS) and polybutylene adipate terephthalate (PBAT)

己二酸 聚丁二酸丁二醇酯 聚乳酸 聚对苯二甲酸丁二醇酯 材料科学 复合材料 可生物降解聚合物 聚酯纤维 聚合物 高分子化学
作者
Jian Zhang,Valerian Hirschberg,Denis Rodrigue
出处
期刊:International Journal of Fatigue [Elsevier]
卷期号:159: 106798-106798 被引量:29
标识
DOI:10.1016/j.ijfatigue.2022.106798
摘要

• Fatigue resistance of biodegradable polymers (polylactic acid, polybutylene succinate and polybutylene adipate terephthalate) was determined and compared. • Fourier transform was applied to extract nonlinear parameters of biodegradable polymers during fatigue characterization. • The relative higher harmonics were found to be excellent criteria for fatigue characterization. • The cumulative nonlinearity parameters are good parameters to quantify mechanical fatigue and predict fatigue lifetime. • Polylactic acid is less fatigue resistant compared to polybutylene succinate and polybutylene adipate terephthalate. The fatigue behavior of three biodegradable polymers, PLA (polylactic acid), PBS (polybutylene succinate) and PBAT (polybutylene adipate terephthalate) was determined under cyclic tension/tension loading in strain-controlled measurements. Stress response and surface temperature were recorded and analyzed to compare their behavior and evolution with on-going fatigue. The stress was decomposed into linear and nonlinear contributions by Fourier transform (FT) analysis and higher harmonics were correlated with fatigue. The surface temperature variation is analyzed as a function of the strain amplitude and compared for these materials during fatigue. The relative even ( I 2/1 ) and odd ( I 3/1 ) higher harmonics (ratio between the n th harmonic to the fundamental one ( I n /1 )) in the stress response were found to be good criteria for fatigue characterization. The cumulative nonlinearity parameter ( n Q f ), defined as the (cycle number) integral of the relative higher harmonic, normalized to the strain amplitude with an exponent of n − 1, was found to be the best criterion to quantify mechanical fatigue and predict fatigue lifetime.

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